控制你的速度-爬升 Control your Speed at Climb

　　介紹

　　本文是《控制你的速度》系列文章的第二篇，之前我們一同討論了起飛階段的相關速度，現在我們進入爬升階段。在本階段內，主要目標是在合適的速度收回襟/縫翼，同時保持足夠的升力來加速與爬升。

　　起飛後，飛機繼續進入進入爬升階段並飛離繁忙空域。機組此時的主要任務就是使飛機加速到航路爬升速度(En-Route Climb Speed)，與此同時，對飛機的構型改變做好管理，通常包括收起落架、收襟/縫翼以及從起飛推力(Take-Off Power)調整為爬升推力(Climb Power)。

　　本文目的集中於闡明爬升過程中不同的機動和限制速度是如何被定義和確定的，以及對日常運行又怎樣的影響。

　　管理好你的爬升—理解各種速度

　　最初的爬升速度通常都是由ATC指令給出的。為了能夠在這些限制下安全的管理爬升階段，有幾個特徵速度(Characteristic Speed)將是有用的工具，同時它們也需要被密切監控。那麼哪些速度需要被監控？這些速度意味著什麼？如果超過這些速度會發生什麼呢？

　　對於每次飛行，特徵速度是由飛機的自動飛行系統(Auto Flight Systems)(通常包括飛行管理系統FMS(Flight Management System)，飛行引導FG(Flight Guidance)以及飛行包線FE(Flight Envelope))自動計算並且按照需求顯示在PFD的速度帶上。這些特徵速度以機動速度(Maneuvering Speed)和限制速度(Limit Speed)的形式出現在爬升階段，對於飛行員在該階段安全的改變構型具有非常大的幫助意義。

　　之前空客對於機組發布過在爬升階段建議進行監控的速度的文件，此處意在強調選擇這些推薦需要監控的速度時，所做的關於設計以及運行方面的考量。

　　拋開其他參數，機動速度中襟翼速度(F)，縫翼速度(S)和綠點速度(GD)都是使用機組輸入到FMS中的無燃油重量(ZFW)，依據設定的公式計算得出的。因而，任何輸入過程中的錯誤都將對這些速度產生影響。

　　機動速度Maneuvering Speeds

　　在正常情況下(所有發動機均運轉)，爬升階段對於機組來說有以下幾處挑戰：使飛機增速、保持符合要求的爬升梯度並且同時要完成不同構型的改變(即淨型)。為了幫助飛行員在此階段能夠安全的操縱飛機來完成之前提到的不同步驟，部分特徵速度就被定義為機動速度。

　　F，S和GD就體現了飛機爬升性能的限制。

　　F和S速度：最小收襟翼和縫翼速度

　　定義

　　F速度是構型從形態3或2改變為形態1+F時可以收回襟翼的最小速度。

　　該速度在PFD速度帶上以一個綠色的「F」來表示，而且僅在起飛、初始爬升、進近和復飛階段當襟縫翼手柄出於位置3或2(CONF3或CONF2)時才顯示在PFD上，當在形態1或1+F將不再顯示。在進近中，當飛機處於CONF2或3時，用作目標速度。

　　S速度是可以收縫翼的最小速度，即光潔形態(Clean Configuration)時可以選擇的最小速度。

　　該速度在PFD速度帶上以綠色的「S」表示，且僅在襟縫翼手柄位於位置1(CONF1或1+F)時才顯示在PFD上。在進近中，當飛機處於CONF1時，可用作目標速度。

　　在起飛階段F和S速度是如何確定的

　　F速度因飛機重量、高度不同而隨之變化，並且以VS1G CONF1+F為函數製作成飛行包線圖，VS1G CONF1+F是指通過飛行測試演示並獲得適航當局認可的失速參考速度(Reference Stall Speed)。

　　基於上述描述，在形態1+F時，F速度在失速速度之上還保有一定餘度。

　　具體函數如下：

　　S速度因飛機重量、高度不同而隨之變化。並且以VS1G CLEAN CONF為函數製作成飛行包線圖.

　　基於上述描述，在光潔形態時，S速度在失速速度之上還保有一定餘度。

　　具體函數如下：

　　以A320系列飛機為例，係數K值總結如下表：

　　綠點速度(Green Dot=GD)：最佳升阻比

　　定義

　　綠點速度(GD Speed)是光潔形態下發動機失效後的操縱速度(Operating Speed)。換句話說，該速度是光潔形態下一臺發動機失效情況下最大爬升梯度(Highest Climb Gradient)所對應的速度。

　　在所有情況下(全部發動機均運轉)，綠點速度即是預計的最佳升阻比速度。該速度是起飛的最終速度(Final Take-off Speed)，也表示光潔形態下的操縱速度(Operational Speed)，同時還是光潔形態下等待的建議速度。

　　該速度在PFD速度帶上以綠色的圓點表示，且僅在襟縫翼手柄處於位置0(Clean)同時起落架沒被壓縮時顯示。

　　綠點速度是如何被確定的

　　綠點速度是由自動飛行系統基於飛機重量計算得出的。

　　通過綠點速度的計算公式在飛機一臺發動機不工作，光潔形態的條件下，可以計算得出對應給定的高度、溫度以及飛機重量的最佳升阻比速度。

　　在某些飛行階段(例如等待階段)，綠點速度可以被認為是最小阻力的速度，即耗油最低速度。

　　以A320系列飛機為例，綠點速度計算方法如下：

　　限制速度Limit Speed

　　前文中我們已經看到,在爬升階段中機動速度如F，S還有GD速度的不同都會影響到飛機的氣動性能。現在我們將專注於限制速度VFE的描述。

　　VFE：放出襟翼後的最大速度(Maximum Speed with Flaps Extended)

　　在自動推力接通並工作的情況下(即FMA上顯示綠色的CLB/OP CLB/SPEED)，飛機速度保持在VFE以下；當自動推力不工作時，則可能發生超過VFE的情況(例如復飛時)。

　　定義

　　VFE是襟翼放出後的最大速度。對於每個襟翼設定都有各自對應的速度。

　　總體來講，定義飛機飛行包線(Flight Envelope)時，最大速度通常稱為叫做VMAX。依據飛行構型的不同，VMAX等於VLE(Maximum Speed with Landing Gears extended，起落架放下時的最大速度)或構型相對應的VFE。僅在光潔形態下VMAX才等於VMO或MMO。

　　在PFD的速度帶上，對應紅黑斑馬線條的底部。

　　VFE是如何被確定的

　　VFE是增升構型(High Lift Configuration)的最大速度，例如，當襟縫翼放出後，該速度與襟縫翼的結構限制(Structural Limitation)有關。

　　基於襟縫翼手柄的位置不同，每個襟縫翼設置所對應的VFE均單獨計算得出。。

　　為了保證在VFE CONF3和下一檔構型所選擇的速度之間留有足夠的裕度，至少需要滿足以下差值：VFE CONF3≥F+10kts。

　　管理好你的爬升—運行建議

　　完成一次安全且穩定的爬升需要飛行員謹慎的處理構型的改變，同時完成飛機增速到航路爬升速度(En-Route Climb Speed)以及最終加速到巡航速度(Cruise Speed)。

　　事實上，若不遵循機動或限制速度將導致的不利後果，這些我們我們在後文中將進行論述。

　　避免收回襟縫翼過程中的超速以及由此而帶來的潛在的結構損壞(Structural Damage)等不良後果，對飛行員來說非常重要。

　　因此有必要理解VFE的顯示邏輯，以及爬升過程中會造成超速音響警告的邏輯。

　　不遵循機動和限制速度將對運行帶來什麼影響

　　F和S速度：收回襟翼和縫翼的最小速度

　　F速度/S速度是建議的收回襟翼/縫翼的最小速度。

　　當在明顯低於F/S速度的速度收回襟翼/縫翼會減小大迎角保護(High Angle of Attach Protection)的安全裕度。這將導致飛機的速度低於形態1或下的最小可選速度VLS CONF1/0，並且可能低到突破大迎角保護的門限值。

　　在高於F或S速度很多的速度收起襟翼或縫翼會減弱爬升性能，繼而可能會危害飛機的越障能力(當單發失效時可能影響更明顯)。

　　在到達加速高度前，為了轉彎而需要短時保持襟翼時，F或S速度可以在爬升時被用於完成安全的轉彎。

　　GD：綠點速度

　　在給定的重量和發動機功率下，推力與阻力的差值最大時，理論上爬升梯度將會達到最大值，此時即最大升阻比。

　　隨著速度低於綠點速度，將會導致阻力增加，最終將破壞飛機繼續爬升的能力。

　　事實上，當最大可用推力已經被使用(假設推力手柄已經設置到了CLIMB/MCT位)，如果飛機速度低於綠點速度過多，此時如果機組想要恢復到滿意的爬升梯度，唯一的方法是減小爬升率(甚至按需進入下降)，以增速到綠點速度或以上。這樣的機動動作明顯是與爬升階段的目的相背的。

　　因而在爬升階段，機組不應讓速度小於綠點速度從而避免降低爬升性能。

　　綠點速度的建議：爬升階段不要使速度低於綠點速度。

　　VFE：襟翼放出後的最大速度

　　在起飛時，出現自動推力不工作的情況時，當速度大於VFE時，保持襟縫翼在放出位飛行或在該速度放出襟縫翼會直接帶來襟縫翼機械結構上損傷的風險。這可能導致襟縫翼或收放機構的變形，甚至會導致飛機極速的上升。

　　一旦速度超過VFE，將會在駕駛艙內觸發超速音響警告(Over-Speed Aural Warning)以警示機組，此時機組應該減小速度或者收起襟縫翼予以應對。需要說明的是，以A320機型為例，其設置有專門的超速程序，飛行員參照執行即可。

　　速度超過VFE後，需要對襟縫翼機構以及飛機結構進行檢查。對於飛機的檢查以及維修的具體排故程序可以在維修手冊中找到(AMM:Aircraft Maintenance Manual)。

　　VFE的建議：襟縫翼放出後，飛行速度不要大於VFE。

　　如何避免襟縫翼收回時超速

　　避免收回襟縫翼時超速依賴於多個相互關聯的因素。如程序、機組的注意力分配與配合，構型改變時的提前量，對限制速度的理解以及VFE的顯示邏輯，還有觸發超速音響警告的條件等。

　　通用建議

　　執行SOP並認真監控PFD上F和S速度指示，就可以在爬升階段安全的收回襟縫翼，另外，這麼做可以使機組遵循PFD上的VFE指示，並因此避免觸發超速語音警告以及潛在的結構損傷。

　　使用自動推力同樣可以幫助機組避免在收回襟縫翼時發生超速的情況。

　　當PF準備開始改變形態時，PM的預判在輔助PF完成這個任務時扮演了重要角色。在初始爬升階段，PM需要警惕速度的變化趨勢，並且一旦與對應的限制速度VFE的餘度變得過小時，及時提醒PF。

　　收回襟縫翼期間發生短時的非預期的超速音響警告的情況

　　對於A320/A330/A340系列飛機，該系列飛機限制速度以及音響警告邏輯會有如下特徵：

　　PFD上顯示的VFE的值是依據襟縫翼控制手柄的位置來決定的，一旦手柄位置改變，該速度顯示立即隨之改變。

　　觸發超速音響警告的臨界值隨飛機的實際構型而改變，即隨襟縫翼翼面實際位置的改變而變化。

　　因此，在襟縫翼移動過程中，飛機動態增速可能將導致短時出現超速警告，即使當時的速度並不在PFD上黑紅斑馬線範圍內。對於這種狀況，實際是沒有運行方面後果(Operational Consequences)或安全方面說明(Safety Isuues)的。

　　以上論點是基於如下邏輯得出的：

　　當襟翼手柄從CONF 3或2移動到CONF 1+F時，在襟翼翼面完全到位前，F速度會非常接近實際翼面位置所對應的VFE。但是當襟翼開始移動收回，不等襟翼翼面實際位置到達CONF 1+F，VFE CONF 2or3會一下就變到VFE CONF 1,這樣導致的結果將是，在增速至S速度過程中，即使實際的翼面速度(Actual Surface Speed)低於顯示的VFE，但VFE音響警告仍可能被觸發。

　　當襟翼手柄從CONF 3或2移動到CONF 1+F時，在翼面完全收回前，S速度應該會大於實際翼面位置所對應的VFECONF 1+F。但當襟翼自動收回功能激活時，在襟翼翼面完全收回前，S速度的指示杆是不會移動的。

　　對於A350/A380系列飛機，該系列飛機限制速度以及音響警告邏輯會有如下特徵：

　　在A350/A380系列上，改進了之前的邏輯。

　　PFD上顯示的VFE基於實際飛機形態位置，同樣超速音響警告觸發臨界值也是基於實際飛機形態。這就意味著兩個信號完美同步，因此，類似前文提到的非預期的短時超速警告的風險被消除了。

　　大重量起飛後襟縫翼收回過程中觸發短時超速警告的情況

　　在某些特殊的情況，大重量起飛會增加出發短時超速警告的風險。實施上在這樣的構型(大重量)下，S速度會非常的接近VFE CONF 1+F，原因在於隨著重量的增加，爬升所需的升力隨之增加，因此縫翼需要再保持在伸展位置一段時間，以滿足性能要求。這樣的結果將會是，機組可能會在比襟翼自動收回速度(Flaps Auto-Retraction Speed)更大的速度才指令收回襟翼。在這樣的情況下，如果飛機增速很快的話，VFE的音響警告可能被短時觸發。

　　這樣的邏輯使設計和結構的限制都不會被超過。

　　舉個例子，一架起飛重量76噸的A320飛機，S速度是205kts，飛行員很有可能會在210kts或稍高的速度指令收回襟翼，而210kts正是襟翼自動收回的速度。一旦襟縫翼控制手柄在收上位(即位)，PFD速度帶上表示VFE的紅黑斑馬線條就會消失。若飛機增速過快，則速度可能會瞬時追上實際位置對應的VFE，這樣將觸發VFE音響警告。

　　運行建議：大重量起飛後，在到達S速度後不要延遲選擇襟縫翼形態，以避免可能的短時VFE超速音響警告。

　　爬升階段手動飛行，最大的風險就是因為收回襟縫翼時機晚而造成出現超速音響警告(可能伴隨潛在的結構損傷)。理解爬升速度的含義對於使飛行員避免超過襟縫翼限制速度提供了更大的餘度。

　　在實際運行中，飛機離地後，整個飛行過程中，飛行員一定要對速度以及變化趨勢做到完全掌控並理解。